谐振器|5G 毫米波滤波器，最佳方案是究竟是什么？ 5g

随着蜂窝移动技术的发展，移动带宽不断增加，频段也越来越多。这些带宽中的每一个频段都需要一个滤波器来将其信号与其他频段分开，但目前用于手机的滤波器技术可能无法扩展到 5G 中的整个毫米波 (mmWave) 范围。

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“毫米波时代终究会到来，但不是现在，”Resonant（一家美国公司，成立于 2012 年 1 月，为无线电频率（简称 RF ）创建创新性滤波器设计，前身是移动设备工业）企业发展副总裁 Mike Eddy 说。“地球探测卫星服务的频率为 23.8 GHz，略低于为 5G 部署的毫米波频段，因此必须对其进行一些过滤。”
“声表面波（Surface acoustic wave ，简称 SAW）器件或体声波（bulk acoustic wave ，简称 BAW）器件的扩展不会超过 10 GHz，” FormFactor 射频部门业务开发总监 Anthony Lord 说。
“这些滤波器都没有在毫米波范围内工作，它们都超过了 6GHz 或 8GHz”，FormFactor 射频产品组营销高级总监 Tim Cleary 表示，“业内没有更好的解决方案，这是一个挑战。”
当下手持设备行业中，SAW 和 BAW 滤波器占据主导地位。虽然它们可能随着进一步改进而扩展到 6 GHz 范围之外，但距离毫米波设计需要运行的 28 至 70 GHz 范围，还有很长的路要走。
其实，在不受限于以体积大小的设备上，已经存在一些解决方案——但这些方案并不适用于手机，这就是目前需要发展的地方。
频段激增，滤波器爆炸式增长
移动通信技术每更新一代，都会有更多的频段被开发使用。“频段”一词可以有不同的含义，比如宽带（borad bands）是被分配和拍卖的，而单个信道代表的频段是这些宽带的子集。
这些小频段的数量正在急剧增加。对于使用频分双工 ( frequency-domain duplexing，简称 FDD) 的信道，有两个相邻的链路——一个用于发送，一个用于接收——两者之间存在一个保护频段。当使用时分双工 (time-domain duplexing，简称 TDD) 时，整个信道只有一个频段。
这些频段或每一个子频段中都需要一个带通滤波器（ band-pass filter）。随着频段数量的激增，所需的滤波器数量也呈爆炸式增长。比如说，今天智能手机中的滤波器的数量已经超过了60个，而 5G 时代这一数字将进一步提高，以便为毫米波频段增加更高的频率。
理论上，带通滤波器可以通过频带内的所有信号，并将频带之外的所有信号“挡在门外”，可以简单地将其视为频带内的信号乘以 1，频带外的信号乘以 0。
不过，现实世界中的滤波器其实并不理想，面临众多挑战。
现实中的滤波器，挑战重重
现实中的滤波器，并不是在频带边缘"戛然而止”，因为频带边缘呈弧状，衰减是倾斜的而不是垂直的。
中心频率、上限和下限的截止频率是滤波器的关键属性，截止值被定义为信号通过能力下降 3dB 的点（对应于信号功率下降一半的点）。超过 3dB 衰减的斜率通常称为下摆，需要尽可能快地下降。
虽然独立设计三个频率（中心、上限和下限）可能会很好，但实际上，上限和下限截止频率一起移动使得设计中心频率和整体宽度成为可能，因此中心频率也跟着一起移动，而宽度通常就是中心频率的百分比。
设计更宽的带通滤波器可能更具挑战性，一些 5G 频段的宽度可能高达中心频率的 20%，这给滤波器的设计带来了很大的负担。
在接收器的前端，需要尽可能早地过滤掉散杂信号，防止其进入射频链，这意味着要在天线之后需要立即对信号进行过滤。随着大规模的多入多出（MIMO）技术允许波束控制，大量的天线单元阵列被使用，在这种情况下，每个元素都需要一个过滤器。
“这些单元之间的间距基于毫米波，也就是说间距大约为 5 毫米，” Eddy 说。“适应这一间距是必然。” 但目前对于毫米波来说是不可能的，因此任何过滤都是在混频器之后完成。
基站有足够的空间来容纳滤波器尺寸，但手机提出了苛刻的小尺寸要求。在可预见的未来，小型滤波器的最佳频率可能是 28 GHz，因为这是手持设备中可能使用的毫米波频率，更高的频率更有可能用于塔对塔通信，这些系统不像手机那样受空间限制。
“对于基站之类的东西，我们将依赖陶瓷介质滤波器和金属腔体滤波器，” Cadence 的 AWR 软件技术营销总监 David Vye 说。“它们永远无法满足移动设备内部的空间要求。”
在早期，28 GHz（或相近）频段的滤波需求更加宽松。3D Glass 首席技术官 Jeb Flemming 表示：“最初几年我们常常听到，手机中不会有任何毫米波滤波器。因为那时候还不会分解频段，主要使用天线进行滤波。”